Vid beredning av råvatten till dricksvatten flyter alltid frågan upp om naturligt organiskt material (NOM). Detta kan vara transportör för toxiska ämnen såsom metaller eller organiska spårämnen, bidrar till naturlig surhet och påverkar vattnets färg. Om NOM finns kvar vid desinfektion med ozon eller klorföreningar kan olika desinfektionsbiprodukter (DBP) bildas vilka kan ge oönskad lukt och smak till dricksvattnet och ibland till och med vara hälsofarliga. Därför behöver NOM tas bort i tillräcklig mängd från råvattnet. Men vilken är den lämpligaste metoden eller vilka de lämpligaste metoderna som kan användas för att ge ett hälsosamt och rent dricksvatten som slutprodukt?
Av: Kenneth M Persson
I några rapporter från det SVU-finansierade GenoMembranprojektet finns goda sammanfattningar av vad naturligt organiskt material är, hur det förekommer i naturen, hur det bildas, omvandlas, transporteras och kan mätas respektive avskiljas i ultrafilter och nanofiltermembran i vattenverk (SVU 2015-13 och SVU 2015-20). NOM kan ha bildats i organismer i marken eller i ytvatten eller kan vara nedbrytningsprodukter av kemiska, biologiska eller fysikaliska reaktioner. Merparten av NOM kommer från levande organismer, ytterst från fotosyntesen. Ett rikt flöde av olika organiska ämnen som är kemiskt och biologiskt instabila tillgängliggörs i naturen och omformas till mindre enheter för att slutligen mineraliseras till koldioxid och vatten som kan bli råvaror i nästa fotosyntessteg.
En ofta använd beredningsmetod för att ta bort NOM är att använda biologiskt aktivt kol (eng. biologically active carbon, BAC). I en stor översiktsartikel om hur biologiskt aktivt kol används vid beredning av dricksvatten har Korotta-Gamage och Sathasivan (2017) gått igenom 211 artiklar om effekter av biologiskt aktivt kol för dricksvattenberedning. Denna koncisa artikel måste läsas av alla som använder eller överväger att använda BAC i sin process! Det är en rik källa av kunskap att ösa ur om hur BAC fungerar och hur BAC skulle kunna optimeras för att bli ännu effektivare i beredningen.
Konventionellt har BAC som regel använts som en polering i slutet av beredningen. Vad Korotta-Gamage och Sathasivan visar är att BAC är större än så. Enligt många vetenskapliga artiklar har BAC potentialen att kunna avskilja en större andel av hydrofila föreningar, som är mycket svåra att ta bort med koagulering. Hydrofila föreningar ger näring åt bakteriell återväxt i ledningsnätet och omvandlas till desinfektionsbiprodukter vid ozonering och klorering. BAC kan också avskilja främmande organiska föreningar, som toxiska och endokrina ämmne, vilka sällan avlägsnas på annat sätt. Om BAC används som ett förbehandlingssteg förenklas processerna nedströms och problem med igensättning av jonbytare, membran eller filter minskar. Teknisk utveckling sker av kolfiltrens yta. Genom att modifiera ytan på dem och göra dem mera hydrofila kan adsorptionstiden kortas i kolfiltren alternativt kan samma bäddvolym används men generera en bättre adsportion av hydrofila föreningar.
När processer som återanvänder renat avloppsvatten blir vanligare har det visat sig att BAC är en god förbehandling före koagulering eller avancerat jonbyte, som magnetiska jonbytare (MIEX). Den biologiska behandlingen minskar risken för igensättningar, eftersom de ämnen som gynnar bakteritillväxt metaboliseras redan av bakterierna i kolfiltret. För att bemöta och hantera varierande kvalitet på råvatten kan BAC lämpligen användas som en förbehandling till koagulering. Om ozon eller annan avancerad oxidation också används i processen, bör det övervägas att sätta avancerad oxidation först, därefter BAC och slutligen koagularing för att maximera nedbrytning av främmande organiska ämnen, öka den biologiska stabiliteten i vattnet och minska produktionen av DBP efter klorering.
En annan fråga som forskarna belyser i sin översiktsartikel är att det är ganska litet känt om de biologiska processerna i det biologiska kolfiltret. Hur utvecklas biofilmen i takt med att vattnet filtreras genom det biologiska filtret? Finns det protozoer som betar av bakteriefilmen i filtret? Vilken biologisk aktivitet finns i biomassan och vilka organismer finns i biomassan i BAC-filtret? Vad för slags organiskt material avskiljs när BAC används? Vilken betydelse har vattnets temperatur för biofilmens aktivitet och reningseffekt? Kan kolfiltrens yta modifieras mera för att ge extra adsorptionskapacitet? Vad betyder närsalter, framför allt fosfor, för biofilmens aktivitet? Hur påverkar kraftig oxidation som klorering biofilmens sammansättning och metabolism? Vad betyder uppehållstiden i kolfiltret för vattenreningen?
Korotta-Gamage och Sathasivan har läst många artiklar om BAC. Till hjälp för andra har de sammanställt en lista med olika forskningsteman om BAC som olika forskare ägnat sig åt och angett direkta referenser till artiklar som behandlar just detta tema mera omfattande. Den som till exempel vill läsa om backspolning av BAC-filter kan fördjupa sig i åtta olika artiklar som redogör för erfarenheter av just denna aspekt av biologisk kolfiltrering.
För övrigt visar översiktsartikeln med all önskvärd tydlighet att det finns många bra frågor att ställa om dricksvattenrening med BAC även i framtiden. Det finns också många skäl för den som designar vattenverk att fundera på om BAC kan användas till mer än att vara ett poleringssteg för lukt och smak. Flera artiklar har redovisat försök att binda in järn och mangan i kolfilterytan för att öka adsorptionen av lågmolekylärt material. Men hur påverkas biofilmen av en sådan modifierad yta?
Andra tekniska fördelar är att BAC hjälper till att avlägsna ammoniak och binder in många metaller inklusive mangan och järn. BAC-filtrets förmåga att ta bort hydrofila ämne samt att göra återstående organiska ämnen lättare att koagulera minskar koaguleringsdosen och gör att vattnet kan desinficeras med en liten mängd klor. BAC är för närvarande en långsam process och tekniken behöver utvecklas för att snabba på den med lika gott slutresultat. Ty BAC kan helt bidra till mycket mer än att bara ta bort lukt och smak från dricksvatten.
Källa: Shashika Madushi Korotta-Gamage, Arumugam Sathasivan: A review: potential and challenges of biologically activated carbon to remove natural organic matter in drinking water purification process. Chemosphere, 2017 (167) 120–138
